Tunnel junctions dengan barrier multiferoik LBMO dapat menghasilkan empat keadaan logika dengan mengatur polarisasi elektrik dan magnetisasi di barrier. LBMO memiliki sifat multiferroik yang bermanfaat untuk aplikasi MeRAM masa depan seperti smart devices, walaupun memiliki nilai Curie temperatur magnetik yang rendah.

1. TUNNEL JUNCTIONS DENGAN BARRIER
MULTIFERROIK
GUSTI AYU PUTU OKA S, INDRA MAULANA, KOKO FRIANSA

2. Multiferroik

3. • Skematik tunnel
junction.
• Barrier =>
La0.1Bi0.9MnO3
(LBMO)
• Tunnel Junction
adalah barrier
(penghalang), s
eperti lapisan
isolasi tipis atau
potensial
listrik, antara
dua bahan
elektrik.

4. • Konfigurasi anti-
paralel, polarisasi
positif.
• Konfigurasi
paralel, polarisasi
positif.
• Konfigurasi anti-
paralel, polarisasi
negatif.
• Konfigurasi
paralel, polarisasi
negatif.

5. Four Logic State
• Four Logic State dengan polarisasi elektrik P
dan magnetisasi M

6. • Diagram
skematik dari
arah spin
tunneling untuk
paralel (kiri) dan
anti-paralel
(kanan)
• (a) Pengaruh
barrier dari
ferromagnetik, sp
in-
up(merah), spin-
down(biru).
• (b) Pengaruh
barrier dari
polarisasi
ferroelektrik

7. La0.1Bi0.9MnO3
• La0.1Bi0.9MnO3 (LBMO) merupakan bahan thin
film dan memiliki sifat multiferoik dengan
ketebalan yang digunakan 2 nm.
• LBMO dapat digunakan sebagai barrier di
tunnel junction dengan mengatur 2 keadaan
yaitu ferromagnetik dan ferroelektrik di
barrier.

8. Keuntungan La0.1Bi0.9MnO3
• Memiliki sifat ferroelektrik dan ferromagnetik
sekaligus
• Bila diaplikasikan pada RAM, keuntungan
multiferroik:
Magnetic write operation tidak merusak
Daya rendah, write operation cepat
Biaya produksi yang murah
Memiliki nilai ferroelektrik Curie temperatur (Tce)
yang tinggi (Tce= 450 K – 770K)

9. • Pengukuran magnetisasi benda menggunakan SQUID
(Superconductor Quantum Inteference Device)
• ∆V = ∆IR ; dimana I = ∆Ф/L
• Sehingga: ∆V = (∆Ф/L)R
• Ф = B A cos θ
Pengukuran

10. • Gambar ultrathin LBMO film 2nm yang
dihasilkan oleh PFM (piezoresponse force
microscopy)
• Kotak 1μm2 dihasilkan dari 2V dengan arah
polarisasi negatif.

11. Keadaan magnetisasi dan ferroelektrik dari film 30
nm LBMO (a) Temperature tetap (10 K) (b)
Magnetisasi tetap (2 kOe)
Tcm ≈ 90 K (Currie Temperature)

12. • (c) Hasil gambar PFM dengan tegangan positif
atau negatif 4 V
• (d) variasi fasa piezoresponse terhadap tegangan

13. • Perbedaan junction resistance pada konfigurasi
antiparalel dan paralel dari Magnetisasi LSMO
dan LBMO (a) LBMO 4nm (b) tanpa STO spacer
Rasio Tunnel Magnetoresistance (TMR)

14. • (Hitam) TMR menurun dan terhenti di 60 K
lebih kecil dari nilai Tcm dari ketebalan film
dibawah 2nm.
• (Merah) TER

15. • (a) Tegangan bias terhadap arus pada
LSMO/LBMO/Au tunnel Junction, (merah: negatif
ke postif), (hitam: positif ke negatif)
• (b) Pengukuran TER (biru) dan TMR (hijau) pada
LSMO/LBMO/Au tunnel Junction. ER = 22% dan
lebih besar dari TMR pada tegangan rendah

16. • (c) Tegangan bias antara +2 V dan -2 V di pada LSMO/LBMO/Au
Junction
• (d-e) Tunnel magnetoresistance dengan Au spacer (+1.5V dan -
1.5 V)
• (f-g) Tunnel magnetoresistance tanpa Au spacer (+1.5V dan -1.5
V)

17. MeRAM (Magnetoelectric Random
Access Memory)

18. • MeRAM memiliki potensial yang bagus sebagai
aplikasi memori di masa depan, seperti:
smart-phones
tablets
computers dan microprocessors
Memory penyimpanan data, seperti harddisk.

19. Sifat MeRAM
• Non-volatile
• Kecepatan membaca dan menulis data sangat
tinggi
• Hemat daya (karena panas yang dihasilkan
sangat sedikit, menghemat energi hingga 10-
1000 kali)
• Tingkat kepadatan memori sangat tinggi (5 kali
lebih tinggi dr MRAM)

20. Prinsip MeRAM
Memanfaatkan magneto-electric tunnel
junctions (METJ) dan dikombinasikan dengan
efek tunnel electroresistance (TER) dan tunnel
magnetoresistance (TMR).

22. Kelemahan
• La0.1Bi0.9MnO3 (LBMO) memiliki nilai magnetik
Curie temperatur rendah (Tcm = 105 K)
sehingga Magnetisasi turun tiba-tiba saat
temperatur dinaikkan di atas titik Curie.

23. Kesimpulan
• LBMO memiliki sifat multiferroik sehingga
memiliki sifat ferroelektrik dan ferromagnetik
sekaligus.
• LBMO dapat digunakan dalam barrier tunnel
junction dengan nilai Tcm = 105 K dan Tce =
450 K – 770 K dengan ketebalan dalam 2nm